(57)【要約】    【課題】  小型で、高精度の位置決め若しくは直動性能を有するマニピュレータを提供する。    【解決手段】  マニピュレータは、第１のアクチュエータ１４と、該第１のアクチュエータの回転により第１の軸回りで回動する第１のアーム部材４と、該第１のアーム部材に取り付けられた第２のアクチュエータ６と、該第２のアクチュエータの回転により上記第１の軸に直交する方向に平行な第２の軸回りで回動する第２のアーム部材３と、該第２のアーム部材に取り付けられた第３のアクチュエータ５と、作用部（例えば、ハンド部や測定子，試料等の保持部）を有し、該第３のアクチュエータの回転により上記第１の軸に平行な第３の軸回りで回動する第３のアーム部材２とを有する。各アクチュエータのみの回転に伴う上記作用部の回動軌跡は互いに直交し、かつ１点で交差する。    【選択図】  図１
2005177904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアクチュエータと、
該第１のアクチュエータの回転により第１の軸回りで回動する第１のアーム部材と、
該第１のアーム部材に取り付けられた第２のアクチュエータと、
該第２のアクチュエータの回転により前記第１の軸に直交する方向に平行な第２の軸回りで回動する第２のアーム部材と、
該第２のアーム部材に取り付けられた第３のアクチュエータと、
作用部を有し、該第３のアクチュエータの回転により前記第１の軸に平行な第３の軸回りで回動する第３のアーム部材とを有し、
前記第１のアクチュエータのみの回転に伴う前記作用部の回動軌跡と、前記第２のアクチュエータのみの回転に伴う前記作用部の回動軌跡と、前記第３のアクチュエータのみの回転に伴う前記作用部の回動軌跡とが互いに直交するように１点で交差することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
前記作用部が前記３つの回動軌跡の交点に位置する状態において、前記第１の軸から前記作用部までの距離と、前記第１の軸から前記第２の軸までの距離と、前記第３の軸から前記作用部までの距離とが互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記第１および第２のアクチュエータのうち一方のみが回転する際に、前記第１のアーム部材の長手方向と前記第２のアーム部材の長手方向とが直角をなすとともに、前記第２のアーム部材の長手方向と前記第３のアーム部材の長手方向とが直角をなし、
前記第３のアクチュエータのみが回転する際に、前記第１のアーム部材の長手方向と前記第２のアーム部材の長手方向とが直角をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記第１のアクチュエータを前記第２の軸と平行な軸であって、前記３の回動軌跡の交点を通る第４の軸回りで回転させる第４のアクチュエータを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のマニピュレータ。
【請求項５】
前記アクチュエータは、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することにより振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対回転させる振動型駆動装置を用いていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のマニピュレータ。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記振動型駆動装置の出力を減速する減速機構を有し、該減速機構は、実質的にバックラッシがない機構であることを特徴とする請求項５に記載のマニピュレータ。
【請求項７】
前記アーム部材の回転角を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１から６のいずかれ１つに記載のマニピュレータ。
【請求項８】
前記制御手段は、前記検出手段からの電気信号を増幅して用いることを特徴とする請求項７に記載のマニピュレータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載のマニピュレータと、
該マニピュレータにより対象物を移動させて処理を行う処理装置とを有することを特徴とするマニピュレータを使用するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアクチュエータおよびアーム部材を用いたマニピュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のマニピュレータは、構造が複雑である上、マニピュレータのアームの位置を把握するのに複雑な計算を強いられるとともに、制御も複雑化し易い（例えば、特許文献１〜３参照）
また、回動するるアームの位置を把握するのに、極座標的な考え方を採用するものがある（例えば、特許文献４参照）。
【０００３】
さらに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の互いに直交する３軸各方向の所望の位置に高い精度でマニピュレータ作用部（ハンド部や測定子等を保持する部分）を移動させる機構は、直動案内を伴う複雑で大型なマニピュレータであった。
【０００４】
ここで、図１０には、測定子を被測定物の表面に接触させ、被測定物の寸法や形状を測定する３次元測定機の概略構成を示す。図中、１０１はベース部材、１０２はベース部材１０１に対してＹ軸方向にスライド可能な第１のスライダ、１０３は第１のスライダ１０２に対してＸ軸方向にスライド可能な第２のスライダである。さらに、１０４は第２のスライダ１０３に対してＺ軸方向にスライド可能な第３のスライダである。
【０００５】
第３のスライダ１０４の先端等に測定子を取り付け、第１〜第３のスライダ１０２〜１４をスライドさせることにより、該測定子を３次元的に移動させることができる。
【０００６】
このように、従来は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３次元座標で示す所望の位置に、測定子や試料等を移動させるために、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向それぞれに、高精度の走り精度をもつ直動案内部材と、移動した位置を高精度で検出するリニアスケールとで構成された機構を用いている。
【特許文献１】特開平５−２２０６８１号公報（段落００１３〜００２７、図１，２等）
【特許文献２】特開平５−２４５７８４号公報（段落００１２〜００３４、図１〜３等）
【特許文献３】特開平１１−３３３７７１号公報（段落００１９〜００６９、図１〜３等）
【特許文献４】特開平５−１２７７２５号公報（段落００２０〜００７９、図１〜９等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１０に示した従来の機構は、小型化が困難であり、高価であるという難点がある。
【０００８】
また、従来の機構は、電磁モータを駆動源として用いるため、位置決めの際の保持力や、振動，発熱，バックラッシ（機械的なガタ、あそび）等に起因して位置決め精度が上がらないという問題がある。
【０００９】
本発明は、小型で、高精度の位置決め若しくは直動性能を有するマニピュレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明のマニピュレータは、第１のアクチュエータと、該第１のアクチュエータの回転により第１の軸回りで回動する第１のアーム部材と、該第１のアーム部材に取り付けられた第２のアクチュエータと、該第２のアクチュエータの回転により上記第１の軸に直交する方向に平行な第２の軸回りで回動する第２のアーム部材と、該第２のアーム部材に取り付けられた第３のアクチュエータと、作用部（例えば、ハンド部や測定子，試料等の保持部）を有し、該第３のアクチュエータの回転により上記第１の軸に平行な第３の軸回りで回動する第３のアーム部材とを有する。
【００１１】
そして、第１のアクチュエータのみの回転に伴う上記作用部の回動軌跡と、第２のアクチュエータのみの回転に伴う作用部の回動軌跡と、第３のアクチュエータのみの回転に伴う作用部の回動軌跡とが互いに直交し、かつ１点で交差する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アクチュエータとアーム部材からなる簡単な構成で、直動案内部材を用いなくても、互いに直交する３軸方向における所望の位置に作用部を移動させることが可能なマニピュレータを実現することができる。
【００１３】
また、第１のアクチュエータを、第２の軸と平行な軸であって、上記回動軌跡の交点を通る第４の軸回りで回転させる第４のアクチュエータを設けることにより、第３のアーム部材（つまりは作用部）の第３の軸に対する傾きを補正することが可能となる。
【００１４】
また、アクチュエータとして、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することにより振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対回転させる振動型駆動装置を用い、さらには振動型駆動装置の出力を減速する、実質的にバックラッシがない減速機構を用いることにより、高精度に作用部の位置決めおよび位置保持が可能なマニピュレータを実現することができる。しかも、作用部の位置を保持するに際して、アクチュエータに対する電力供給も不要であるため、マニピュレータの省電力化を図ることができる。
【００１５】
さらに、上記マニピュレータと、アーム部材の回転角を検出する検出手段と、検出手段による検出結果に基づいてアクチュエータを制御する制御手段とを有するマニピュレータシステムにおいて、制御手段が上記検出手段からの電気信号を増幅（例えば、逓倍）して用いる構成とすることにより、高い精度で作用部の位置検出を行うことができるので、マイクロメートルレベル等のきわめて微細なレベルでの作用部の位置制御も行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１および図２には、本発明の実施例１であるマニピュレータの基本構成を示す。図１および図２において各要素を示す符号は共通で用いている。また、３次元の位置を示すため、図１に示すように互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸を定める。
【００１８】
本実施例のマニピュレータは、作用点１の位置を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の互いに直交する３軸方向の所望の位置に移動させるため、３つの回転機構を持つ。すなわち、アーム２，３，４をそれぞれ有する回転型アクチュエータ（以下、単にアクチュエータという）５，６，７を有する。
【００１９】
ここで、作用部１には、対象物をつかむ不図示のハンド（ロボットハンド）部を設けたり、測定子を被測定物の表面に接触させて該被測定物の寸法や形状を測定する３次元測定器において測定子を保持したり、後述する実施例のように試料をセットしたりする位置である。
【００２０】
本実施例のマニピュレータでは、作用点１をＺ軸方向に移動（回動）させる機構を、作用点１をＸ軸方向に移動（回動）させる機構と作用点１をＹ軸方向に移動（回動）させる機構との間に設けている。
【００２１】
すなわち、作用点１をＸ軸方向に回動させる第３のアーム２を有する第３のアクチュエータ５を第２のアーム３で保持し、作用点１をＺ軸方向に回動させる第２のアーム３を有する第２のアクチュエータ６を第１のアーム４で保持し、作用点１をＹ軸方向に回動させる第１のアーム４を有する第１のアクチュエータ７を装置本体等のベース部材８に固定した構成を有する。
【００２２】
ここで、作用点１の位置を原点とし、第３のアクチュエータ５の回転軸（第３の軸）１０がＺ軸に平行であり、第２の回転型アクチュエータ６の回転軸（第２の軸）１６がＸ軸に平行であり、さらに第１のアクチュエータ７の回転軸（第１の軸）１３がＺ軸に平行である状態(以下、この状態を原点状態という)におけるアーム２〜４とアクチュエータ５〜７の位置関係について説明する。
【００２３】
まず、作用点１をＹ軸方向に回動させる機構において、作用点１が位置する原点位置からＸ軸方向に距離Ｌの位置に、第１のアーム４（つまりは第１のアクチュエータ７）の回転軸１３をＺ軸に平行に設ける。第１のアクチュエータ７によって第１のアーム４を矢印１４の示す方向に角度θｙ回動させることにより、作用点１をＹ軸方向に回動させることができる。このとき、作用点１の回動軌跡Ｌ１３は、原点を通り、回転軸１３を中心とした半径Ｌの円弧となる。
【００２４】
次に、作用点１をＸ軸方向に回動させる機構において、第１のアクチュエータ７の回転軸１３からＸ軸方向に距離Ｌの位置であって、かつ回転軸１３からＹ軸方向に距離Ｌの位置に、第３のアーム２（つまりは第３のアクチュエータ５）の回転軸１０を、第１のアーム４の回転軸１３と同様にＺ軸に平行に設ける。第３のアクチュエータ５によって第３のアーム２を矢印１１の示す方向に角度θｘ回動させることにより、作用点１をＸ軸方向に回動させることができる。このとき、作用点１の回動軌跡Ｌ１０は、原点を通り、回転軸１０を中心とした半径Ｌの円弧となる。
【００２５】
さらに、作用点１をＺ軸方向に回動させる機構において、第１のアーム４の回転軸１３からＹ軸方向に距離Ｌの位置であって、かつＺ軸方向における原点（作用点１）の位置に、第２のアーム３（つまりは第２のアクチュエータ６）の回転軸１６をＸ軸に平行に設ける。第２のアクチュエータ６によって第２のアーム３（および第３のアーム４）を矢印１７の示す方向に角度θｚ回動させることにより、作用点１をＺ軸方向に回動させることができる。このとき、作用点１の回動軌跡Ｌ１６は、原点を通り、回転軸１６を中心とした半径Ｌの円弧となる。
【００２６】
このように構成することで、各アクチュエータの回転によって回動する作用点１の回動軌跡Ｌ１３，Ｌ１０，Ｌ１６は、原点で交差し、かつ互いに直交する。そして、各アクチュエータ５，７，６の回転角θｘ，θｙ，θｚと、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向へ回動する作用点１の移動量との関係が同じになり、作用点１の位置把握や位置制御を行い易い。
【００２７】
ここで、本実施例では、各アクチュエータ５，７，６として、超音波モータ等とも称される振動型モータ（振動型駆動装置）を用いている。この振動型モータは、電気−機械エネルギ変換素子と、該変換素子が貼り付けられた金属等の弾性体（ステータ）と、該弾性体の表面に接触するロータ（接触体）とを有して構成される。電気−機械エネルギ変換素子に周波信号（例えば、位相が異なる複数の周波信号）を印加することにより、ステータに振動を励起する。ステータと接触するロータは、両者間に作用する摩擦力によって回転駆動される。これにより、回転力を得ることができる。
【００２８】
さらに、各アクチュエータ５，７，６に、振動型モータの出力を減速して各アーム２〜４に伝達する減速機構を設けてもよい。この場合、減速機構としては、バックラッシが実質的に無い（つまり、該マニピュレータが用いられる装置又はシステムにおいて、作用点１の位置の許容誤差範囲を超えるようなバックラッシあるいはガタが生じない）機構を用いるのが望ましい。バックラッシが実質的に無い減速装置としては、転動歯車装置、ハーモニックドライブ（登録商標）、サイクロイドボール減速機、トロコイド歯車等が好適である。
【００２９】
次に、本実施例において、振動型モータを回転型アクチュエータに用いた理由について説明する。
【００３０】
第１に、振動型モータは、電磁モータに比べて高速応答性に優れていることためである。高速応答性に優れていないと、短時間の間に行なわれる微小な移動、停止命令に追従できず、秒単位や分単位レベルという微小な角度で位置制御を行うことはできないが、回転型アクチュエータに振動型モータを用いることにより、微小な角度を高い精度で制御することが可能になる。
【００３１】
第２に、振動型モータは、無通電状態での停止位置の保持力を有するためである。他の電磁モータ等においては従来例で述べたように、無通電（電源がオフ）されると保持力が無くなるか若しくは小さいために移動体が不用意に動いてしまう。このため、常時制御し続ける（サーボロックをかける）必要があり、このようにサーボロックをかけて位置保持をしている状態ではロータが微細な振動をしている状態となる。また、所定位置に停止させている間、サーボロックをかけ続けることにより、モータが発熱してしまう虞れもある。これに対し、振動型モータは無通電状態で位置保持力を有するため、上記サーボロックをかける必要が無く、発熱したり振動が生じたりせず、更にアームの停止位置を保持するにあたり電力が必要ない、省エネルギが図れる機構となる。
【００３２】
第３に、振動型モータは、非磁性材料により構成されているためである。振動型モータは、電磁モータのようにマグネットを構成要素としていないため、周辺機器等に磁気の影響を与えたり、本マニピュレータが磁気の影響を受けたりすることが無い。また真空対応も可能である。したがって、磁気の影響を受け易い、且つ真空中で使用する電子線描画装置や電子顕微鏡などにも適用可能となる。
【００３３】
第４に、振動型モータは、小型で低速回転、高トルクの回転型アクチュエータであるからである。アーム上での点の移動量がマイクロメートル、ミリメートルといった量であるので、振動型モータの回転で十分足り、マニピュレータの小型化が図れる。
【００３４】
図２は、図１に示したマニピュレータの基本構成（初期状態）をＺ軸方向から見た図である。初期状態（各アクチュエータが初期回転位置にセットされており、作用点１が原点に位置している状態）において、作用点１をＸ軸方向に回動させる第３のアクチュエータ５の回転軸１０と、作用点１をＹ軸方向に回動させる第１のアクチュエータ７の回転軸１３との位置関係は、ベース部８（図１参照）に固定される第１のアクチュエータ７の回転軸１３の位置から見て、Ｘ軸に平行で長さがＬの２辺とＹ軸に平行で長さがＬの２辺とを有する正方形の対角位置に第３のアクチュエータ５の回転軸１０が位置する。
【００３５】
また、第２のアクチュエータ６（第２のアーム３）の回転軸１６の方向は、Ｘ軸に平行で、Ｙ軸とは直交する関係にある。
【００３６】
この初期状態から第１および第２のアクチュエータ７，６のうち一方のみが回転する際には、第１のアーム４の長手方向と第２のアーム３の長手方向とが直角をなす角度関係を維持するとともに、第２のアーム３の長手方向と第３のアーム２の長手方向とが直角をなす角度関係を維持する。
【００３７】
また、第３のアクチュエータ５のみが回転する際には、第１のアーム４の長手方向と第２のアーム３の長手方向とが直角をなす角度関係を維持する。
【００３８】
これにより、前述したように、各アクチュエータの回転によって回動する作用点１の回動軌跡Ｌ１３，Ｌ１０，Ｌ１６は、原点で交差し、かつ互いに直交する。
【００３９】
図３には、アームの回動とアーム上の点の位置との関係を説明する図である。ここではＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸のうち、代表してＸ軸方向に点を移動させる場合について説明する。この説明は、Ｙ軸、Ｚ軸方向に点を移動させる場合についても同様である。
【００４０】
図３に示すように、回転軸１８を中心に回動するアーム１９において、回転軸１８から距離Ｌの点２０の位置を原点（回動軌跡Ｌ１３，Ｌ１０，Ｌ１６の交点）とする。このとき、アーム１９を角度θ回転させると、アーム１９上の点２０は２０ａの位置に移動（回動）する。点２０の位置をゼロとして角度θの回転後の点２０ａのＸ軸方向の位置ｘと、Ｙ軸方向の位置ｙの値は以下の式で求められる。
【００４１】
ｘ＝Ｌ×ｓｉｎθ
ｙ＝Ｌ−Ｌ×ｃｏｓθ
点２０が点２０ａに回動したときの、点２０ａのＸ軸方向の位置ｘに対するＹ軸方向の位置ｙの影響を表すために、Ｙ／Ｘ比を以下の式で求める。
【００４２】
Ｙ／Ｘ比＝ｙ／ｘ
ここで、アーム１９において、回転軸１８から点２０までの距離Ｌを２０（ｍｍ）として、角度θの回転後、点２０ａのＸ軸方向の位置ｘとＹ軸方向の位置ｙとを表１に示す。また、あわせてＹ／Ｘ比（％）も示す。
【００４３】
【表１】
2005177904.tif 000003
表１において、角度θ＝０．０３（°）の部分を参照すると、例えば図３のアーム１９によるマニピュレータを、視野が２０マイクロメートル四方の顕微鏡に用いた場合、視野の中央を原点としてアーム１９をＸ軸方向に視野の端から端まで動かしても、Ｙ軸方向へのずれは３ナノメートルといった程度である。
【００４４】
表１には記していないが、図３のアーム１９によるマニピュレータで、角度θを１０（°）回転させたときのＹ／Ｘ比は、約８．７（％）である。
【００４５】
このように、特にアームを微小な角度で回動させて用いる場合、点２０の動きは直線状にきわめて近い。したがって、本実施例によれば、クロスローラガイド等の直動案内部材を用いなくても作用点１を実質的に直線状に移動させることができる、簡単な構成で小型のマニピュレータを実現することができる。
【００４６】
本実施例において基本構成および動作原理を説明したマニピュレータは、対象物としての測定子を被測定物に対して移動させて該被測定物の形状等を測定する処理や、対象物としての試料を移動させてその拡大像を観察する処理や、対象物としての部品を移動させて他の部品に対して組み付ける処理といった各種処理を行う装置と組み合わせて使用することができる。
【００４７】
以下、本実施例で説明したマニピュレータの具体例を実施例２〜４として説明する。
【実施例２】
【００４８】
図４から図６には、本発明の実施例２であるマニピュレータを示す。図４から図６において各要素を示す符号は共通で用いている。
【００４９】
図４は、本実施例のマニピュレータを示す斜視図であり、マニピュレータが原点状態にある様子を示している。ここで、本実施例では、作用点１に、顕微鏡で観察する試料２１を載せている。本実施例にいう各アーム（各アクチュエータ）の回転角度は、実施例１の表１に示したような微小角度である。このことは以下の実施例でも同じである。
【００５０】
試料２１が載せられた第３のアーム２２は、第３のアクチュエータ３８を構成するロータ２３と共にステータ２４に対し、矢印２５に示す方向に角度θｘ回転する。ロータ２３が角度θｘ回転することにより、試料２１がＸ軸方向にほぼ直線状に移動する。ロータ２３が回転した角度θｘは、第３のエンコーダ２６により検出される。
【００５１】
ステータ２４および第３のエンコーダ２６が固定された第２のアーム２７は、第２のアクチュエータ３９を構成するロータ２８と共にステータ２９に対し、矢印３０に示す方向に角度θｚ回転する。ロータ２８が角度θｚ回転することにより、試料２１がＺ軸方向にほぼ直線状に移動する。ロータ２８が回転した角度θｚは、第２のエンコーダ３１により検出される。
【００５２】
ステータ２９および第２のエンコーダ３１が固定された第１のアーム３２は、第１のアクチュエータ３３のロータ３４（但し、図には出力軸として示している）と共に、矢印３５に示す方向に角度θｙ回転する。ロータ３４が角度θｙ回転することにより、試料２１がＹ軸方向にほぼ直線状に移動する。ロータ３４が回転した角度θｙは第１のエンコーダ３６により検出される。
【００５３】
第１のアクチュエータ３３は、マニピュレータのベース板３７に固定されている。このため、各アクチュエータの回転によって、試料２１がベース板３７に対して、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３つの軸方向にほぼ直線状に移動する。
【００５４】
コントローラＣは、不図示の入力ユニットから入力された目標位置に試料２１を移動させるように、第１〜第３のエンコーダ３６，３１，２６からのフィードバック信号に基づいて第１〜第３のアクチュエータ３３，３９，３８の駆動を制御する。
【００５５】
ここで、第１〜第３のアーム３２，２７，２２と第１〜第３のアクチュエータ３３，３９，３８との原点状態での位置関係について図５および図６を用いて説明する。
【００５６】
図５は、本実施例のマニピュレータをＺ軸方向から見た図である。試料２１をＸ軸方向に移動させる第３のアクチュエータ３８の回転軸４０は、ベース板３７に固定されて試料２１をＹ軸方向に移動させる第１のアクチュエータ３３の回転軸４２の位置から見て、Ｘ軸に平行で長さがＬの２辺とＹ軸に平行で長さがＬの２辺とを有する正方形の対角位置にある。
【００５７】
第２のアーム２７（第２のアクチュエータ４１）の回転軸４１は、Ｙ軸から距離Ｌ離れてＸ軸に平行で、かつＹ軸に直交する。
【００５８】
図６は、本実施例におけるマニピュレータをＸ軸方向から見た図である。試料２１をＺ軸方向に移動させる第２のアクチュエータ３９の回転軸４１は、第１のアクチュエータ３３の回転軸４２に対し、Ｘ軸方向に距離Ｌ離れた直線と、原点を通ってＺ軸に直交する平面４３上との交点を通るように、Ｘ軸に平行に配置する。
【実施例３】
【００５９】
図７には、本発明の実施例３であるマニピュレータを示す斜視図であり、マニピュレータが原点状態にあるときの様子を示している。
【００６０】
図７に示すマニピュレータは、試料４４の位置をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向の所望の位置に移動させる機能を持ち、アーム４５，４６，４７をそれぞれ有する３つのアクチュエータ４８，４９，５０により構成されている。第１のアクチュエータ５０は、装置のベース板５１に固定されている。
【００６１】
第１〜第３のアクチュエータ５０，４９，４８に設けられた第１〜第３のエンコーダ５４，５３，５２はそれぞれ、第１〜第３のアーム４７，４６，４５が回転した角度を検出する。コントローラＣは、不図示の入力ユニットから入力された目標位置に試料４４を移動させるように、第１〜第３のエンコーダ５４，５３，５２からのフィードバック信号に基づいて第１〜第３のアクチュエータ５０，４９，４８の駆動を制御する。
【００６２】
第３のアーム４５上の作用点に載せられた試料４４のマイクロメートルレベルの微細な動きを第１〜第３のアーム４７，４６，４５の回動により行う場合、コントローラＣは、第１〜第３のエンコーダ５４，５３，５２からの電気信号を電気的に逓倍する方法で増幅し、この増幅されたフィードバック信号に基づいて第１〜第３のアクチュエータ５０，４９，４８の駆動を制御するとよい。これにより、増幅しないフィードバック信号を用いる場合に比べて、高い回転分解能（つまりは、試料４４の位置分解能）を得ことができる。
【００６３】
また、第１〜第３のアクチュエータ５０，４９，４８および第１〜第３のエンコーダ５４，５３，５２をそれぞれ同一機種にすることにより、部品の共通化が図れ、さらにＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向におけるアクチュエータの回転制御も共通化することができる。したがって、マニピュレータの制御を簡単化することができる。
【実施例４】
【００６４】
図８には、本発明の実施例４のマニピュレータを示す斜視図であり、マニピュレータが原点状態にある様子を示している。
【００６５】
図８に示すマニピュレータは、試料５５の位置をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向の所望の位置に移動させる機能を持つとともに、Ｚ軸方向に試料５５を移動させたときに生じる試料５５の傾き（アーム５６の傾き）を補正する機能も有する。
【００６６】
このマニピュレータは、アーム５６，５７，５８，５９をそれぞれ有する４つのアクチュエータ６０，６１，６２，６３により構成されている。
【００６７】
第４のアクチュエータ６３はベース板（図示せず）に固定されている。第１〜第４のアクチュエータ６２，６１，６０，６３はそれぞれ第１〜第４のエンコーダ６６，６５，６６，６７を有し、第１〜第４のアーム５８，５７，５６，５９が回転した角度を検出している。
【００６８】
第３のアーム５６上の作用点に載せられた試料５５をＺ軸方向に動かす機構は、第２のアーム５７を有する第２のアクチュエータ６１と、第４のアーム５９を有する第４のアクチュエータ６３とから構成される。第２および第４のアクチュエータ６１，６３をそれぞれ、矢印７１，７２に示す回転方向あるいはその反対方向に同じ角度θｚ回転させることにより、第３のアーム５６上にある試料５５がＺ軸方向に移動するとともに試料５５の傾きも補正する。
【００６９】
コントローラＣは、不図示の入力ユニットから入力された目標位置に試料５５を移動させるように、第１〜第４のエンコーダ６６，６５，６６，６７からのフィードバック信号に基づいて第１〜第４のアクチュエータ６２，６１，６０，６３の駆動を制御する。
【００７０】
第２のアクチュエータ６１と第４のアクチュエータ６３との原点状態での位置関係について説明する。第２のアクチュエータ６１の回転軸６８は、実施例２において図６を用いて説明したように、第１のアクチュエータ６２の回転軸６９に対し、Ｙ軸方向に距離Ｌ離れた直線と原点を通りＺ軸に直交する平面との交点の位置に、Ｘ軸に平行に配置する。
【００７１】
第４のアクチュエータ６３の回転軸７０は、第２のアクチュエータ６１の回転軸６８に対し、同じＺ軸上で、Ｙ軸方向に距離Ｌ離れた位置に、Ｘ軸に平行に配置する。
【００７２】
言い換えれば、回転軸７０は、Ｘ軸と平行で、原点を通る軸上に設けられている。
【００７３】
なお、上記各実施例において説明したマニピュレータの構成は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれら実施例の構成に限られるものではない。例えば、上記各実施例では、原点状態におけるＺ軸方向視において、第１〜第３のアクチュエータおよび第１〜第３のアームにより正方形が形成されるように配置した場合について説明したが、図９に示すように、第１〜第３のアクチュエータ７，６，５および第１〜第３のアーム４’，３’，２を正方形以外の形状（例えば、台形）が形成されるように配置してもよい。但し、この場合でも、第１のアクチュエータ７の回転軸から原点までの距離Ｌと、第３のアクチュエータ５の回転軸から原点までの距離Ｌ（さらには、第１のアクチュエータ７の回転軸から第２のアクチュエータ６の回転軸までの距離Ｌ）とを等しくするようにするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例１であるマニピュレータの基本構成を示す断斜視図である。
【図２】図１のマニピュレータの基本構成をＺ軸方向から見た図である。
【図３】アームの回転とアーム上の点の位置との関係を説明する図である。
【図４】本発明の実施例２であるマニピュレータを示す斜視図である。
【図５】実施例２のマニピュレータをＺ軸方向から見た図である。
【図６】実施例２のマニピュレータをＸ軸方向から見た図である
【図７】本発明の実施例３であるマニピュレータを示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例４であるマニピュレータを示す斜視図である。
【図９】上記各実施例の変形例をＺ軸方向から見た示す図である。
【図１０】従来の３次元測定機の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  作用点
２，３，４，１９，２２，２７，３２，４５，４６，４７，５６，５７，５８，５９  アーム    
５，６，７，３３，３８，３９，４８，４９，５０，６０，６１，６２，６３  アクチュエータ
１０，１３，１６，１８，４０，４１，４２，６８，６９，７０  回転軸
２１，４４，５５  試料
５２，５３，５４  エンコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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